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第1页共8页嵌入式系统（ARM）考试试卷（A卷）一、嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构，指令系统可以选用精简指令系统RISC和复杂指令集系统CISC。1、冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构；（1）冯·诺依曼结构的计算机由CPU和存储器构成，其程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置；采用单一的地址及数据总线，程序指令和数据的宽度相同。程序计数器（PC）是CPU内部指示指令和数据的存储位置的寄存器。（2）哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。提高执行速度，提高数据的吞吐率,具有较高的执行效率。2、CISC和RISC类别CISCRISC指令系统指令数量很多较少，通常少于100执行时间有些指令执行时间很长，如整块的存储器内容拷贝；或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器没有较长执行时间的指令编码长度编码长度可变，1-15字节编码长度固定，通常为4个字节寻址方式寻址方式多样简单寻址操作可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作只能对寄存器对行算术和逻辑操作，Load/Store体系结构编译难以用优化编译器生成高效的目标代码程序采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序二、ARM状态各模式下的寄存器1、所有的37个寄存器，分成两大类：(1)31个通用32位寄存器；(2)6个状态寄存器。2、R0～R7为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。3、寄存器R8～R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器。4、寄存器R8～R12有两个分组的物理寄存器。一个用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一个用于FIQ模式。这样在发生FIQ中断后，可以加速FIQ的处理速度。5、寄存器R13、R14分别有6个分组的物理寄存器。一个用于用户和系统模式，其余5个分别用于5种异常模式。三、处理器工作模式1、ARM处理器有7种工作模式；●usr（用户模式）：ARM处理器正常程序执行模式。●fiq（快速中断模式）：用于高速数据传输或通道处理●irq（外部中断模式）：用于通用的中断处理●svc（管理模式）：操作系统使用的保护模式●abt(数据访问终止模式)：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。●sys（系统模式）：运行具有特权的操作系统任务。●und（未定义指令中止模式）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。ARM微处理器的运行模式可以通过软件改变，也可以通过外部中断或异常处理改变。除用户模式以外，其余的所有6种模式称之为非用户模式，或特权模式（PrivilegedModes）；其中除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式（ExceptionModes），常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。2、除用户模式外，其它模式均为特权模式。ARM内部全部系统资源和一些片内外设在硬件设计上只允许（或者可选为只允许）特权模式下访问。3、此外，特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户模式不能直接切换到别的模式。四、ARM异常处理1、当异常产生时,ARM核:（1）拷贝CPSR到SPSR_mode（2）设置适当的CPSR位：第2页共8页a.改变处理器状态进入ARM态b.改变处理器模式进入相应的异常模式c.设置中断禁止位禁止相应中断(如需要)（3）保存返回地址到LR_mode（4）设置PC为相应的异常向量地址2、返回时,异常处理程序需要:（1）从SPSR_mode恢复CPSR（2）从LR_mode恢复PC（3）注意:这些操作只能在ARM态执行.五、ARM指令集1、ARM寻址方式：掌握ARM微处理器9种寻址方式的特点。（1）寄存器寻址操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段给出的是寄存器编号，寄存器的内容是操作数，指令执行时直接取出寄存器值操作。例如指令：MOVR1,R2；R1←R2SUBR0,R1,R2；R0←R1-R2（2）立即寻址在立即寻址指令中数据就包含在指令当中，立即寻址指令的操作码字段后面的地址码部分就是操作数本身，取出指令也就取出了可以立即使用的操作数（也称为立即数）。立即数要以“＃”为前缀，表示16进制数值时以“0x”表示。例如指令：ADDR0,R0,#1；R0←R0+1MOVR0,#0xff00；R0←0xff00（3）寄存器移位寻址寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式。第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，先进行移位操作。例如指令：MOVR0,R2,LSL#3；R2的值左移3位，结果放入R0，即R0=R2*8ANDSR1,R1,R2,LSLR3；R2的值左移R3位，然后和R1相与操作，结果放入R1可采用的移位操作如下：LSL：逻辑左移（LogicalShiftLeft），寄存器中字的低端空出的位补0。LSR：逻辑右移（LogicalShiftRight），寄存器中字的高端空出的位补0。ASR：算术右移（ArithmeticShiftRight），移位过程中保持符号位不变，即如果源操作数为正数，则字的高端空出的位补0，否则补1ROR：循环右移（RotateRight），由字的低端移出的位填入字的高端空出的位RRX：带扩展的循环右移（RotateRightextendedby1place）,操作数右移一位，高端空出的位用原C标志值填充。（4）寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个通用寄存器编号，所需要的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针，操作数存放在存储器中。例如指令：LDRR0,[R1]；R0←[R1]（将R1中的数值作为地址，取出此地址中的数据保存在R0中）STRR0,[R1]；[R1]←R0（5）变址寻址变址寻址是将基址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，形成操作数的有效地址，变址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于查表，数组操作，功能部件寄存器访问等。例如指令：LDRR2,[R3,#4]；R2←[R3+4]（将R3中的数值加4作为地址，取出此地址的数值保存在R2中）STRR1,[R0,#-2]；[R0-2]←R1（将R0中的数值减2作为地址，把R1中的内容保存到此地址位置）（6）多寄存器寻址（LDM/STM）LDM/STM指令可以把存储器中的一个数据块加载到多个寄存器中，也可以把多个寄存器中的内容保存到存储器中。寻址操作中的寄存器可以是R0-R15这16个寄存器的子集或是所有寄存器。采用多寄存器寻址方式，一条指令可以完成多个寄存器值的传送，第3页共8页这种寻址方式用一条指令最多可以完成16个寄存器值的传送。格式为：LDM（或STM）{条件}{类型}基址寄存器{！}，寄存器列表{∧}该指令的常见用途是将多个寄存器的内容入栈或出栈。（7）堆栈寻址堆栈是一种数据结构，堆栈是特定顺序进行存取的存储区，操作顺序分为“后进先出”和“先进后出”，堆栈寻址时隐含的，它使用一个专门的寄存器（堆栈指针）指向一块存储区域（堆栈），指针所指向的存储单元就是堆栈的栈顶。（8）块复制寻址块复制寻址用于把一块从存储器的某一位置复制到另一位置，是一个多寄存器传送指令。（9）相对寻址相对寻址是变址寻址的一种变通，由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为偏移量，两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。2、堆栈寻址满递增堆栈（FA）：堆栈指针指向最后压入的数据，且由低地址向高地址生成。满递减堆栈（FD）：堆栈指针指向最后压入的数据，且由高地址向低地址生成。空递增堆栈（EA）：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由低地址向高地址生成。空递减堆栈（ED）：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由高地址向低地址生成。3、多寄存器寻址(块拷贝寻址)（1）块拷贝寻址是多寄存器传送指令LDM/STM的寻址方式。LDM/STM指令可以把存储器中的一个数据块加载到多个寄存器中，也可以把多个寄存器中的内容保存到存储器中。寻址操作中的寄存器可以是R0-R15这16个寄存器的子集或是所有寄存器。（2）LDM/STM指令依据其后缀名的不同其寻址的方式也有很大不同。（3）LDMIAR1！，{R0，R2，R3}指令执行后，R1的值变为R1+12—R1；注：！决定Rn的值是否随着传送而改变寻址模式描述起始地址结束地址Rn!IA执行后增加RRn+4*NRn+4*NIB执行前增加Rn+4Rn+4*NRn+4*NDA执行后减少RnRn-4*NRn-4*NDB执行前减少Rn-4Rn-4*NRn-4*N六、ARM状态与Thumb状态的转换1、实现ARM工作状态转换的指令，其句法如下：BX目标地址（1）BX指令将引起处理器转移到目标地址所指向的地址处执行。（2）目标地址的位[0]不用来作为地址的一部分。a.若目标地址的位[0]为1，则指令将CPSR中的标志T置位，且将目标地址的代码解释为Thumb代码；b.若目标地址的位[0]为0，则指令将CPSR中的标志T复位，且将目标地址的代码解释为ARM代码。七、ARM的硬件系统结构1、S3C2410的存储器系统（1）S3C2410支持大、小端模式，可通过软件选择大小端模式；（2）存储空间分成8个Bank，每个Bank128Mbytes，总共1GB；6个Bank用于控制ROM,SRAM,etc.剩余的2个Bank用于控制ROM,SRAM,SDRAM,etc.（3）除Bank0(16/32-bit)外，所有的Bank都可以通过编程选择总线宽度=(8/16/32-bit)；（4）7个Bank固定起始地址，最后一个Bank可调整起始地址；（5）最后两个Bank大小可编程（6）所有Bank存储周期可编程控制；（7）如果同时使用Bank6/Bank7，则要求连接相同容量的存储器，而且其地址空间在物理上是连续的。2、S3C2410的I/O口配置第4页共8页S3C2410有117个多功能口，掌握如何通过软件编程对每个I/O口进行配置。如将端口C的最低2为设置为01，既设置成输出模式，其余位不变。rGPCCON=rGPCCON&0xfffffffc|0x00000001;rGPCDAT=rGPCDAT|0x001;//PC0口电平输出高表3.4.3S3C2410A的端口CI/O口配置情况端口C可选择的引脚端功能GPC15～GPC8输入/输出VD7～VD0–GPC7～GPC5输入/输出LCDVF2～LCDVF0–GPC4输入/输出VM–GPC3输入/输出VFRAME–GPC2输入/输出VLINE–GPC1输入/输出VCLK–GPC0输入/输出LEND–表端口C控制寄存器3、掌握ARM微处理器的中断系统的特点：寄存器地址读/写描述复位值GPCCON0x56000020R/W配置端口C引脚端，使用位[31:0]，分别对端口B的16个引脚端进行配置。00：输入；01：输出；10：第2功能；11：保留0x0GPCDAT0x56000024R/W端口C数据寄存器，使用位[15:0]未定义GPCUP0x56000028R/W端口C上拉电阻不使能寄存器，使用位[15:0]。0：使能；1：不使能0x0保留0x5600002C–保留未定义了解：一旦有中断发生，ARM的中断系统将如何处理。在ARM系统中，支持复位、未定义指令、软中断、预取中止、数据中止、IRQ和FIQ7种异常，每种异常对应于不同的处理器模式，有对应的异常向量（固定的存储器地址）。在ARM系统中，一旦有中断发生，正在执行的程序都会停下来，通常都会执行如下的中断步骤：（1）保存现场。保存当前的PC值到R14，保存当前的程序运行状态到SPSR。（2）模式切换。根据发生的中断类型，进入IRQ模式或FIQ模式。（3）获取中断服务子程序地址。PC指针跳到异常向量表所保存的IRQ或FIQ地址处，IRQ或FI